第十五章 功和机械能全章教案.docx

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第十五章功和机械能全章教案

第十五章　　功和机械能

课程要求：

●知道机械功的概念和功率的概念；能用生活、生产中的实例解释机械功的含义。

●结合实例认识功的概念，知道做功的过程就是能量转化和转移的过程。

●能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化；能用实例说明机械能和其它形式的能的转化。

●通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化。

●理解机械效率。

●了解机械使用的历史发展过程，认识机械的使用对社会发展的作用。

第一节功

三维教学目标：

●能结合实例知道机械功的概念。

●通过观察和实验，了解功的物理意义。

●能用生活、生产中的实例解释机械功的含义。

●理解功的概念，知道使用任何机械都不省功。

●有将科学技术应用于生活实践的意识。

教学重点和难点：

重点:

功的概念的理解

难点：

判断力和物体是否做功以及功的计算　

教学准备：

教学流程设计：

一：

引入新课：

复习力的作用效果（力可以改变物体的运动状态、可以改变物体的形状），两个完全相同的两个力作用在物体上，我们可否同样地评价这两个力呢？

如：

演示实验：

同样大小，方向的力在水平面上拉木块和小车，（木块未动，小车移动了），引导学生分析，哪个力的作用有了成效？

二、力学中的功

1、功包含“成效”的意思，（有力，在力的方向上移动了距离）就有功，力就做了功。

2、引导学生观察P104　图15.1－1、2，分析实例，知道机械功的概念，了解功的物理意义。

3、总结、归纳力做功有什么共同点：

4、两个功的必要因素：

一个是作用在物体上的力，另一个是物体在这个力的方向上移动了距离。

问：

要判断力是否对物体做功的关键是什么？

答：

关键要看是否满足做功的两个必要因素．一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离，两者缺一不可．下列三种情况对物体都没有做功：

⑴物体移动了一段距离，但没有受到力的作用．例如物体在光滑水平面做匀速运动．在水平方向没有受到阻力，也没有受到动力，物体由于惯性而运动，因而没有力对物体做功．

⑵物体受到力的作用,但没有沿力的方向通过距离,例如,用力推车,车没有推动．推车的力没有对物体做功．又如，一个人举着重物不动，他对重物的举力没有对重物做功．

⑶物体受到了力的作用,也通过了距离.但物体移动的距离跟物体受到力的方向垂直.例如,手用竖直向上的拉力提水桶,沿水平方向移动距离,水桶没有在竖直方向上移动距离,这个拉力也没有对水桶做功．

5、力的计算：

W＝F·S　　　单位：

焦耳（J）　　1J＝1N·ｍ

6、例题讲解：

P

问：

利用功的计算公式计算时，应注意些什么？

答：

利用W=Fs计算功时，首先要明确题中要你求的是什么力对物体做功，即明确公式中的“F”是哪个力；其次要注意s应和F相对应，代入公式中的s必须是物体在力F的方向上通过的距离，千万不能“张冠李戴”．

二、功的原理：

1、复习机械对我们的好处。

2、提问：

有不有既省力，又省距离的机械（省功的机械）

3、实验探究：

动滑轮能省功吗？

（1）问题：

用手和机械来做同样一件事，哪一个做功要多一些？

（比较直接用手做功和使用机械做功），测量哪些量？

（2）实验数据表格设计：

（3）实验探究：

请小组同学共同完成（没有条件可以教师演示）

（4）记录数据，分析比较：

（5）归纳出结论：

使用任何机械时，都不会少于不用机械时所做的功。

（即：

作用任何机械都不省功―――功的原理）

三、教学巩固：

P107　T1、4

四、小结：

功：

W＝F·S　　　功的原理

课后活动：

作业：

P107　T2、3、5

完成基训

达标自查：

1关于做功，下列叙述中正确的是（）

A．举重运动员举着杠铃不动，举力做了功

B．起重机吊着货物沿水平方向匀速移动了一段距离，向上的拉力做了功

C．重物竖直下落，重力做了功

D．小球在水平面上滚动，重力做了功

2某人用20N的力将重为15N的球推出去后，球在地面上滚动了10m后停下来，这个人对球所做的功为（）

A．0JB．200JC．150JD．条件不足，无法计算

3、某人用20N的力将重为15N的球推出去后，球在地面上滚动了10m后停下来，球在地面上滚动的过程中，手对球所做的功为（）

A．0JB．200JC．150JD．350J

4、一起重机将重为1.2×104N的钢材竖直匀速提升3m后，又沿水平方向匀速移动5m，在整个过程中起重机对钢材做的功为　　　J．

TAXI

　　车费发票

　　车号码E.U-8888

　　日期02-05-28

　　上车10∶00

　　下车10∶05

　　单价2.00元

　　里程6.0km

　　金额16.00元

某人乘坐出租车在平直公路上匀速行驶，出租车的牵引力为3×103N，右为他乘车到达目的地时的车费发票。

求：

（1）出租车行驶的时间。

（2）出租车行驶的速度。

（3）出租车在这段时间内所做的功。

解

（1）t＝5min＝300s

（2）v＝

＝20m/s

（3）W＝Fs＝3×103N×6000m＝1.8×107J

5、如图甲所示，物体A以2cm/s的速度，在水平地面上做匀速直线运动，此时弹簧测力计的示数为3N，水平拉力F=__________N，物体A受到的摩擦力f=__________N，2s内拉力F做功W=__________J．（滑轮、弹簧测力计的重力以及滑轮与绳的摩擦不计）

6、重为1000N的小车，在拉力的作用下沿水平地面匀速前进10m，小车所受阻力为车重的0.3倍，则拉力对小车做的功为J；小车重力做的功为J。

7．一只重500N的箱子放在水平地面上，甲学生用100N的水平力将箱子水平移动10m，乙学生把这只箱子匀速提高2m，那么，他们做功的大小是（）（题型二）

A．相等B．甲学生做功多C．乙学生做功多D．条件不够，无法确定

8．在举重比赛时，一运动员在第一阶段把150kg的杠铃很快举过头顶，第二阶段使杠铃在空中停留3s。

下列关于运动员对杠铃做功的说法，正确的是（）（题型一）

A．他在第一阶段内没做功B．他在第二阶段内没做功

C．他在两个阶段内都没做功D．他在两个阶段内都做了功

第二节机械效率

三维教学目标：

●了解什么是有用功，额处功和总功

●理解什么是机械效率

●通过参与探究斜面的机械效率的活动，学习拟订简单的科学探究计划和实验方案。

教学重点和难点：

重点：

理解机械效率：

难点：

设计：

探究斜面的机械效率的方案。

教学课时：

2课时

教学准备：

斜面、木块、弹簧测力计，垫木

教学流程设计：

第一课时：

一、复习“功”的基本知识：

W＝F·S

二、有用功和额处功，总功教学。

1、引导学生观察P107　图15.2－1，弄明三图的意思，然后讨论三种运沙子的方法哪种最好？

要注意引导学生分析三种情况下，需要做哪些功（分别做了哪些功）。

2、引导学生分析三种运沙子的目的。

引出三种情况下人做的功哪些有用，哪些无用？

引出“有用功、额外功、总功的概念。

3、另外举例说明在日常生活中，使用机械中，哪些功有用，哪些功无用？

加深对有用功、额外功、总功的理解。

三、机械效率：

1、从日常生活中的例子，引出额外功，有用功的关系，如挑水：

用铝桶，用木桶桃水，哪些是额外功，哪些是有用功？

哪种桶更好（学生能意识到做的额外功越少越好）或（有用功越接近总功越好），从而引出机械效率概念。

2、给出机械效率的公式：

。

3、引导分析机械效率不可能大于1。

4、提出提高机械效率的经济意义（减少能耗，降低成本）

5、提一提“提高机械效率的办法”，议议效率的其它意义。

6、练习机械效率的计算。

例题讲解，加深对

的理解和运用。

问：

如何比较机械效率的高低？

答：

机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，比较机械效率高低时不能只考虑其中一个因素．

当总功一定时，机械做的有用功越多或额外功越少，机械效率就越高；

当有用功一定时，机械所做的总功越少或额外功越少，机械效率就越高；

当额外功一定时，机械所做的总功越多或有用功越多，有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高．

问：

关于机械效率，应注意哪些问题？

答：

应注意以下几点：

（1）机械效率

总小于1，因为W有总小于W总．

（2）机械效率的高低取决于有用功和总功两个因素，不能理解成：

“有用功多，机械效率高”；或“总功大，机械效率低”．

（3）机械效率的高低与是否省力及大小无关．

（4）机械效率不是固定不变的．机械效率反映的是机械在一次做功的过程中有用功跟总功的比值，同一机械在不同次做功的过程中，提起物重不同，机械效率往往会不同

四、探究“斜面的机械效率”

目的：

让学生进一步认识利用斜面可以省力，学习测量斜面的机械效率，加深对机械效率的理解。

问题：

斜面的机械效率与什么因素有关？

猜想：

学生猜想

探究实验器材：

探究实验步骤：

学生参考“实验探究指导“设计　

设计数据表格：

课后活动：

作业：

P110　T1　　　　　设计一个实验，测量斜面的机械效率。

达标自查：

1一个工人用如图14-27所示的滑轮组提起2000N的货物，所用的拉力是800N，绳子自由端被拉下4m，下列说法中正确的是　（）

A．总功是3200J，机械效率是40％

B．有用功是8000J，机械效率是40％

C．有用功是3200J，机械效率是62.5％

D．总功是3200J，机械效率是62.5％

解W总=Fs=800N×4m=3200J，∵s=4h，∴h=

W有=Gh=2000N×1m=2000J，

．

答选D

2、某工地用图14-30所示的滑轮组匀速提升质量为500kg的物体，在重物上升0.8m的过程中，拉力F的功率为2500W，此时滑轮组的机械效率为80%，求：

（1）滑轮组做的有用功（g取10N/kg）。

（2）重物上升的速度。

解

（1）G=mg=500kg×10N/kg=5000N

W有=Gh=500N×0.8m=4000J

（2）

3

、工人用如图14-32所示的滑轮组提升重物，不计绳重和摩擦。

若工人用250N的力恰好能将重400N的物体竖直向上匀速提升，求：

（1）该滑轮组此时的机械效率。

（2）若用此滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升2m，求拉力F在这一过程中所做的功。

解

答

（1）该滑轮组此时的机械效率为80%

（2）拉力F在这一过程中所做的功为2000J

4、一辆汽车不小心开进了泥潭中，司机取来一套滑轮组欲将汽车从泥潭中拉出，如图14-33所示。

若车重为8×104N，汽车受到的阻力为车重的0.03倍，滑轮组的机械效率为80％，问：

（1）该司机至少需用多大的力才能将汽车从泥潭中拉出？

（2）若拉动汽车时，汽车前进的速度为0.1m/s，则司机做功的功率是多少？

解

（1）汽车受到的阻力F阻=0.03G车=0.03×8×104N=2.4×103N．

假设汽车移动s，则对汽车做的有用功W有=F阻s．

根据

，得

．

（2）由于四股绳子绕过动滑轮，所以汽车以0.1m/s的速度前进时，拉力F拉绳子的速度是4×0.1m/s=0.4m/s．在1s内，司机用力F拉绳子做的功是

W=Fs=750N×0.4m/s×1s=300J．所以

（也可以根据

．司机拉力做功的功率

）

5．一台起重机将重5000N的货物提高2m，如果额外功是2500J，则起重机做的有用功是　　　　　J，该起重机的机械效率是　　　　　。

（题型一）

6．如图14-34所示，在不计绳重和摩擦的情况下，用动滑轮把重40N的物体匀速提高2m，所用的拉力为25N，则拉力做功是________J，动滑轮的机械效率是______；果把重100N的物体匀速提升相同高度，则这个动滑轮的机械效率将_________。

（填“变大”、“变小”或“不变”）（题型二）

7．关于机器的功率，下列说法中正确的是（　　　　）（题型一）

A．机器的功率越小，做功越慢　　　B．机器的功率越大，做功越多

C．机器的功率越小，机械效率越低D．机器的功率越大，做的有用功越多

8．如图14-36所示，用一动滑轮把100N的沙子匀速提到3m高处，作用在绳末端的拉力为60N，则滑轮组的机械效率为（）

A．30％B．60％C．83．3％D．120％

9.下列机械效率的说法正确的是（）（题型一）

A．机械效率可以提高到100%B．机械效率总小于1

C．功率大的机械机械效率高D．机械效率越高,有用功就越多

10．一个工人用图14-46所示的滑轮组提升2000N的货物，所用拉力600N，绳子自由端4s内拉下4m，不考虑绳重和摩擦，求：

（1）有用功和总功率；

（2）机械效率；

（3）若用此滑轮组提升3200N的货物，所需拉力为多少?

（题型三）

第二课时　　探究斜面的机械效率

探究目的：

●让学生进一步认识利用斜面可以省力，学习测量斜面的机械效率，加深对机械效率的理解。

●在探究中培养学生使用精神，实事求是的科学态度。

探究重点：

实验过程

探究难点：

实验设计：

探究准备：

斜面、毛巾、木块，弹道簧测力计，垫木

探究过程指导:

一、分析学生的探究设计，指出可能存在的问题，引导学生提出改进的措施。

二、分析如何测量有用功，总功。

三、分析需要测量哪些物理量。

四、指出实验注意事项。

1、拉动中要尽量匀速。

2、要注意控制变量法的运用（用坡度，不同斜面；用斜面，不同坡度等）

3、弹簧测力计的读数要仔细，准确。

五、实验步骤参考：

1、先用弹簧测力计测出木块的重G，用刻度尺测出高度ｈ。

2、保证G，ｈ不变，在斜面1上用弹簧测力计平行于斜面匀速拉木块上升，分别读出测力计的读数F1，再用刻度尺量出木块移动的路程S1，将数据填写在表格中。

3、保证G，ｈ不变，用与斜面1一样的斜面，改变斜面的坡度，重做第二步实验，测出拉力F2，量出路程S2。

填写在表格中。

4、保证G，ｈ不变，在与斜面1一样的坡度的斜面上垫上棉布，重做实验，测出拉力F3，量出路程S3。

填写在表格中。

5、分别计算出2、3、4步的总功，有用功，计算出机械效率。

6、分析数据，得出结论。

六、学生探究实验，教师巡回指导。

七、选取几组数据，引导分析归纳

表格：

斜面的坡度

斜面的材料

木块重（G）

斜面高度（ｈ）

沿斜面的拉力（F）

斜面长（S）

有用功W有

总功W总

机械效率

较缓

木板

较陡

木板

较陡

棉布

斜面的机械效率与　　　　　　、和　　　　　有关。

八、作业：

P　110　　T2。

第三节功率

三维教学目标：

●理解功率的概念和计算公式

●会用功率的公式进行简单的计算

●培养学生具有将科学技术应用于生活，社会实践的意识。

教学重点：

功率的概念

难点：

功率的计算

教学流程设计：

一、结合具体实例，提出几个与做功多少和做功快慢有关的问题，引入新课P　　　

二、组织学生观察P111　图15.3－1，讨论与做功快慢的问题，并引导学生回忆与速度概念的建立类比的方法，引导学生建立起功率的概念。

问：

做功“快”与做功“多”有什么不同？

答：

做功快慢和做功多少是辆各不同的概念．例如，甲在1s内做了50J的功，而乙在5s内做了100J的功时，乙做的功虽然比甲多，但它比甲用的时间长，平均1s内只做了20J的功，所以乙比甲做功要慢．可见，做功快慢是跟做功的多少和做功所用的时间多少有关的，在物理学中用功率

来描述，而做功“多”在物理学中用功

来描述。

三、功率：

　　　学生阅读相关内容P111　，了解功率的概念、公式、单位、及单位换算。

四、引导学生阅读P112“小资料”，了解功率是机器的主要技术参数之一，生活中可根据需要选购机器。

五、讨论“想想议议”，加深对功率的理解。

问：

怎样比较功率的大小？

答：

可采用下列三种方法比较功率的大小：

（1）在相同的时间内，比较做功的多少，做功越多的物体，功率越大，这是物理学中常采用的方法．

（2）在完成相同功的条件下，比较所用时间的长短，所用时间越短，功率越大．

（3）在做功的多少和所用时间都不相同的情况下，通过

计算后进行比较

六、例题讲解：

P112

讲解完后，要注意引导学生讨论机械效率与功率两个物理量的区别。

计算功率的另一个公式：

物体在拉力F的作用下,以速度v沿拉力的方向做匀速直线运动,则拉力做功的功率等于力与物体速度的乘积，即

．

推导：

∵W=F˙S

∴P=

=F˙v

由该公式可知：

在功率Ｐ一定时，力Ｆ与速度v成反比。

应用：

当汽车上坡时，司机采取换挡的办法，减小速度，以获得较大的牵引力。

七、反馈检测P113T5　　　适时点评，

八、课堂小结。

九、课后活动：

作业：

P　113　T1、2、3

达标自查：

1下列关于功率的说法中，正确的是（）

　Ａ．物体做功越多，功率越大　Ｂ．物体做功时间越短，功率越大

　Ｃ．物体做功越快，功率越大　Ｄ．物体做功时间越长，功率越大

2、班级里组织登楼比赛活动，比一比谁登楼的功率最大．为此，在活动中必须测量的物理量有：

_________，_________，_________．

知识点功率的测量和计算

闯关点拨由功率公式

可知，要比较登楼时功率的大小，必须知道人登楼过程中所做的功和时间．这里的功就是人克服自身的重力所做的功。

由

可知，只要测得人的质量和楼高，就能算出人做功的大小．

答参赛者的质量楼高时间

3、甲同学体重600N，乙同学体重500N，他们进行登楼比赛．甲跑上五楼用30s，乙跑上五楼用24s．则：

______同学做功较多，______同学的功率较大。

4、一辆汽车重为5×104N，在平直公路上以10m／s的速度匀速行驶lmin，已知汽车在行驶过程中受到的阻力等于车重的0.06倍．求：

（1）汽车在1min内行驶的距离

（2）汽车在1min内做的功

（3）汽车发动机的功率

知识点功与功率与其他力学知识的综合运用

闯关点拨这是一道综合性较强的题目，涉及到对速度、二力平衡、功、功率的概念的理解．先由速度的变形公式

求出路程，接着由二力平衡条件确定发动机牵引力的大小，然后由

求出功的大小，最后由

算出功率．

解

（1）

（2）∵汽车在平直公路上作匀速运动∴牵引力F=f=0.06×5×104N=3×103N

∴W=Fs=3×103N×600m=1.8×106J

（3）

答

（1）汽车在1min内行驶600m

（2）汽车在1min内做功1.8×106J（3）汽车发动机的功率为3×104W

5．举重运动员在2s内把1500N的杠铃匀速举高了2m，在空中停留了3s．那么，他对杠铃做了______J的功，前2s内的功率是______W；后3s内的功率是______W；整个过程的平均功率是________W．

6．正常人的心脏推动血液流动的功率为1.5W，那么在一天时间内心脏做功J，这些功可以把一个质量为600N的人匀速举高m.（题型四）

7．关于功率概念的理解，下列说法中正确的是（）（题型三）

A．功率大的机械做的功多

B．功率大的机械做功时用的时间少

C．单位时间内完成的功越多，则功率越大

D．省力多的机械功率大

8．甲、乙二人的体重相同，同时从一楼开始登楼，甲比乙先到三楼，则他们二人（）（题型三）

A．做的功相同，但甲的功率较大B．做的功相同，功率也相同

C．甲做的功较多，但功率相同D．甲做的功率多，功率也较大

9．重为100N的物体A，放在水平地面上，在20N水平拉力F作用下，以0.2m／s的速度做匀速直线运动．（如图14-22所示）求：

（1）拉力在5s内对物体A所做的功；

（2）拉力F的功率．

第四节动能和势能

三维教学目标：

●知道动能和势能的概念

●通过探究实验，掌握分类法，控制变量法等具体的研究方法，理解影响动能和势能的因素。

●在与小组成员一起探索的过程中，养成与人共处，协作学习的习惯。

教学重点：

理解动能和势能的概念，探究影响动能大小的因素。

难点：

能量的概念。

教学准备：

斜面，质量不同、大小相同的小球，小木块，直尺

教学流程设计：

一、先引导学生回忆生活中，有哪些现象与能源有关。

引入新课，列举有哪些物体具有能量：

滚动的小球；高挂枝头的苹果；压缩变形的弹簧；高举的重锤；拉长变形的弓；流动的水等。

二、动能和势能

1、先讲解物体怎样才算具有能量（能对外做功）

2、引发学生讨论上述六个物体进行分类；引导学生按动能、势能进行分类，引入动能、势　能的概念并板书。

3、进一步引发学生对势能的例子进行分类（重力势能，弹性势能）

4、再列举一些动、势能的例子。

三、动能大小与什么因素有关？

1、课件展示慢行和快行的汽车对物体撞击后的损坏程度。

学生猜想：

动能大小可能与什么因素有关？

2、引导学生设计实验方案（注意提示控制变量法的运用）

3、在设计好实验的基础上演示实验（有条件可到实验室上），边演示边解释，注意引导学生观察。

引导学生说出观察到的实验现象。

4、分别记法数据，分析归纳出结论。

5、学生阅读“小资料”，进一步加深影响动能大小的因素？

体验到速度对动能大小的影响，培养学生的安全意识。

四、重力势能大小影响的因素。

1、引导学生进行猜想可能与什么有关？

2、引发学生进行探究（也可引导学生根据生活经验得出结论）。

3、引导学生分析打桩的例子。

4、分析归纳出结论：

重力势能大小与物体的质量，被举高的高度有关。

教学巩固：

作业：

P　117　T1、2。

达标自查：

1关于能的概念，下列说法正确的是（）答选B

A．用线悬挂着的物体，它没有做功，它不具有机械能

B．在空中飞行的子弹，因为它能做功，所以它具有机械能

C．甲物体的运动速度比乙物体的大，则甲物体的动能一定比乙物体的大

D．甲物体的高度比乙物体的高度大，则甲物体的势能一定比乙物体的大

2、跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，他的（）答选B

A．动能增大，势能不变B．动能不变，势能减小

C．动能、势能都不变D．动能减小，势能增大

3、某块砖在一对平衡力作用下运动，则该砖（）答选B

A．势能一定不变，动能一定不变　　B．势能可能改变，动能一定不变

C．势能可能改变，动能可能改变　　D．势能一定不变，动能可能改变

4．如果卡车空载和满载时都以同样的速度行驶，那么空载时具有的动能满载时具有的动能．停放在山顶上的卡车具有的重力势能该卡车下山时具有的重力势能．（选填“大于”、“小于”或“等于”）（题型一）

5．质量较大的喜鹊与质量较小的燕子在空中飞行，如果它们的动能相等，那么飞得快．（题型一）

6．运动员向斜上方推出去的铅球，在下落的过程中，重力势能（填“增大”、“减小”或“不变”下同），动能．（题型三）

7．如图14-5所示，一个同学在蹦床上玩，从跳起到上升至最高点的过程中，能逐渐增大，能逐渐减小。

（题型三）

8．